Световой поток — это что такое?

Длина волны

Энергию источник света передаёт посредством излучаемых электромагнитных волн. Световой поток — это скорость их, которая и даёт информацию о силе свечения того или иного источника. Энергию световых волн человеческий глаз воспринимает по-разному. Длина волны 0,55 мкм в зелёном цвете воспринимается гораздо сильнее, чем в красном с длиной 0,63 мкм. В диапазоне ультрафиолетового и инфракрасного излучения наши глаза бессильны.

Именно поэтому для характеристики светового потока так важна длина волны. Учитывая восприимчивость для глаз, суммируя длины волн, получаем нормированную величину. Световой поток — это норма мощности той лучистой энергии, которая оценивается за счёт светового ощущения. Выбирая для себя источник световой энергии, человек сообразуется с его эквивалентной мощностью. Например, если нужно заменить лампы накаливания светодиодными. В этом случае надо пересчитать мощность светового потока.

Яркость и светимость

Световые потоки могут быть разной яркости и светности (светимости). Яркость — это равенство поверхностной плотности силы света и отношения его к площади, проецирующейся светящейся поверхностью на перпендикулярную этому направлению плоскость. Единицей яркости принято считать одну канделу на квадратный метр (1 кд/м2).

Светность (или светимость) является плотностью светового потока, который испускает освещённая поверхность. Она всегда равна световому потоку относительно площади этой поверхности. Светимость тоже имеет собственную единицу, это 1 лм/м2.

Обращаясь к определению яркости L, измеряемой в канделах на квадратный метр (Кн/м²), видно, что это количество отражённого поверхностью света.

Яркость источника – это соотношение силы его свечения и величины этой силы, приходящейся на единицу площади поверхности источника, которую видит глаз. Сила света измеряется в канделах, потому яркость обозначается буквой L и измеряется в Кн/м².

Если наблюдать издалека два источника света, имеющих разную площадь поверхности, но с одинаковой силой света, то меньшая поверхность будет выглядеть ярче. Увеличение угла, под которым смотрят на световой источник, уменьшает воспринимаемую глазом яркость. Яркость максимальна, когда плоскость, в которой лежит излучатель, перпендикулярна глазу.

Величина яркости изменяется от вида поверхности:

  • светоотражающая поверхность увеличивает яркость;
  • светопоглощающая или рассеивающая поверхность уменьшают значение L.

Важно! Световые потоки – это вся энергия излучения источника, яркость – только та доля, которая поступает в глаз или на предмет. В частности, оптический проектор в своих технических характеристиках имеет обозначение не яркости, а величины СП.

Оптический проектор

Оптический проектор

Как это сделать

Световой поток — это главный показатель на данном пути. При прежней двадцативольтной лампе накаливания он равнялся 250 лм. Точно такой же световой поток светодиодных ламп можно обеспечить двумя-тремя ваттами, а люминесцентных — пятью-семью. Значит, выгода светодиодных ламп более чем очевидна.

Допустим, нам необходимы источники светового потока мощностью в 400 лм. Лампа накаливания должна быть сорокаваттной, люминисцентная лампа может иметь от десяти до тринадцати ватт, а светодиодная — всего четыре или пять. Или, например, нам необходим мощный световой поток ламп — в 2500 лм. Лампа накаливания не может быть в этом случае менее, чем двухсотваттной, люминесцентная — только в шестьдесят-восемьдесят ватт, а светодиодная и того меньше — только в двадцать пять или тридцать.

В чем измеряется световой поток

Грубо говоря, это своеобразный КПД. Единица измерения светоотдачи – Люмен/Ватт.

Простые лампочки накаливания, люминесцентные, ДРЛ, НЛ и светодиодные одной и той же мощности, имеют различную световую отдачу.

Больше всего этот параметр у светодиодных элементов. А у простой 100 ваттной лампочки самый низкий КПД. У нее всего 2% из всей затрачиваемой энергии идет на освещение.

Однако здесь многое зависит и от самого светильника, его формы, конструкции, производителя и т.д.

Если большинство параметров у различных светильников одинаковые, то главный фактор выбора того или иного источника света – это его световая отдача.

Многие из вас наверняка задумывались, а что лучше и экономичнее – повесить в комнате просто лампочку или лампочку в светильнике? Как раз на помощь здесь и приходит такой параметр, как светоотдача.

Чтобы его узнать, необходимо световой поток источника света разделить на мощность светильника. В итоге и получим данные, измеряемые в Лм/Вт.

С появлением ламп, у которых используемая мощность в ваттах стала отличаться от яркости, возник вопрос, как измерить потоки света.

Единицы измерений светового потока 1 люмен – это свет, отдаваемый излучателем с силой в 1 кд в рамках телесного угла в 1 стерадиан. Обозначается буквой Ф.

Небольшой перечень приборов, которые применяются для измерения:

  • портативный люксметр;
  • сферический фотометр;
  • люксметр-пульсметр.

Самостоятельно проверить соответствие параметров приобретённого осветительного прибора можно люксметром CEM DT-1300. При помощи этого прибора определяют уровень освещения поверхности или помещения. В комплекте – выносной сенсор, который регистрирует интенсивность потока. Дисплей отображает показания в единицах – Lux или FC. На выполнение измерения необходимо 1,5 секунды.

Что касается точности измерения световых параметров, то сложность заключается в том, что световое излучение – это поток, движущийся во всех направлениях. В лабораторных условиях используют сферические фотометры. Источник помещают в сферу, имеющую высокое оптическое использование измерения.

Интересно. Любая лампочка при излучении имеет пульсацию. Завышенный коэффициент пульсации при тусклом освещении вызывает усталость глаз и со временем снижает зрение. Измерить пульсацию осветительных приборов можно с помощью люксметра – пульсметра.

Какие бывают лампы

Величина потребляемой мощности любой лампы измеряется в ваттах (Вт). В быту используются, например, светодиодные лампы от одного до десяти ватт, а для наружного освещения они нужны гораздо более мощные — бывают и свыше ста ватт. Но необходимо знать, что мощность лампы характеризует лишь скорость потребления энергии, понятию силы света она не отвечает.

Здесь может охарактеризовать тот или иной источник только единица светового потока, что является абсолютно другим параметром. Измеряется она не в ваттах, а в люменах. Даже не у каждого производителя ламп правильно указаны эти параметры. Например, пометка на упаковке: световой поток в 280 лм для светодиодной лампы мощностью в четыре ватта, что эквивалентно пятидесятиваттной лампе накаливания. Смотрим таблицу: у последней световой поток вовсе не 280, а все 560 лм должен быть. Как же так?

Что такое световой поток

Человеку непосвященному мало говорят надписи приведенных фото этикеток. Даны характеристики светового потока в люменах. Зная световой поток, можно посчитать освещенность поверхности. Требования даны ГОСТ, точнее говоря, ВСН-1-73 для спортивных сооружений. Условия берутся не с потолка, определены физиологией человека. Если речь идет о школьном классе, вниманию подвергается здоровье глаз учеников, преподавателей, о спортклубе — учитываются интересы занимающихся.

Этикетка лампы накаливания

Этикетка лампы накаливания

При отступлении от норм возможны негативные, неприятные последствия. Каждому случаю придуман документ. Санитарные нормы, строительные правила. Вот каково положение светового потока в иерархии оптических величин…

Сила света

Первичной характеристикой излучателя оптического диапазона (лампочки) является сила света. Показывает, сколько мощности переносится в заданном направлении, ограниченном телесным углом. Следовательно, сила света на графике не является прямой линией. Максимум мощности диодной матрицы переносится в направлении перпендикулярном раскрыву окуляра (маленькая линза, встроенная конструктивно для улучшения фокусировки излучения). Что касается лампы накаливания, близка параметрами изотропному источнику.

Для полного понимания вопроса составим представление о стерадианах. Единица измерения телесного угла с вершиной в центре сферы. Формально стерадиан равен отношению площади воображаемого шара и квадрата радиуса. Следовательно, величина – безразмерная, как угол. Поэтому во избежание путаницы физики ввели стерадиан. Понятно, величина тесно связана с параметрами сферы. Из определения следует: на площади сферы укладывается 12,56 (4 Пи) стерадиана.

Телесный угол объемный, выглядит конусом с вершиной при центре воображаемого шара. Основание трехмерной фигуры не являются плоскостью. Некорректно сравнивать телесный угол и конус. Основанием является часть сферы, отсекаемая образующей (боковой) поверхностью. Единицей силы света является свеча, как называют на западный манер, кандела (название появилось в 1948 году, до этого единицу именовали новой свечой).

Согласно мировым соглашениям, большинство стран приняло за основу метр, секунду, килограмм в 1960 году. Список образован шестью параметрами. Следует дополнить канделой, ампером и градусом Кельвина. Свече давались разные определения. Приводим некоторые:

  • одна шестидесятая доля излучения расплава платины площадью один квадратный сантиметр при застывании металла (2046 К) по направлению перпендикуляра к поверхности (CIPM 1946 год);
  • мощность, излучаемая перпендикулярно участком абсолютно черного тела температурой 2046 К, площадью одну шестисот тысячную долю квадратного метра при нормальном давлении 101325 ньютонов на квадратный метр (CGPM 1967 год);
  • сила света частотой 540 ГГц, мощность в одну шестисот восемьдесят третью долю ватта (определение дано CGPM в 1979 году с учетом физиологических особенностей зрения).

Световой поток

приведен полный световой поток источника света без установки должного акцента факта. Может возникнуть путаница. В физике принято следующее определение единиц измерения светового потока, люменов: мощность, испускаемая изотропным источником света, заключенная в пределах телесного угла, равного одному стерадиану.

Из очевидных фактов, доступных повсеместно, сети интернет, ясно: при мощности нити накала 60 Вт световой поток, заключенный внутри одного стерадиана, не может быть равен 710 люменов. Слишком большая цифра. В учебнике Курс физики для средних специальных учебных заведений авторства Жданова Л.С., Маранджяна В.А.

Предлагаем ознакомиться:  Иван чай при простатите: отзывы и правила применения

(том II) говорится: потребляющая 100 Вт лампочка накала обладает силой света 100 свечей (современным аналогом единицы является кандела). Следовательно, полный световой поток в люменах составляет 1256. Очевидно, цифра одного порядка с 710, никогда не имело места быть, если бы нужна была поправка на 12,56 (4 Пи). Можно допустить, с 1971 года технология производства претерпела изменения, но не качественные.

Этикетка светодиодной лампы

Этикетка светодиодной лампы

В случае светодиодной лампы нельзя считать изделие изотропным излучателем. Косвенно говорит этикетка, где указан угол рассеивания 240 градусов. Подразумевается конус, ограничивающий часть сферы. Отрезанную часть найдем, пользуясь простой аналогией. Очевидно, угол рассеивания 180 градусов аналогичен 6,28 стерадианам.

Ровно половина сферы. Перевод иных значений в телесные углы затруднителен. Однако для расчетов параметр, указанный на этикетке, удобен. Наглядно дает понять, в каком направлении распространяется свет, что помогает инженерам решить практические задачи. Удовлетворить требованиям стандартов (см. выше). Подробнее говорится ниже, сейчас нужно окончательно расставить точки над i со световым потоком.

Рисунок схематично изображает лампочку с характеристиками, взятыми с этикетки. Угол рассеяния показывает: излучение распространяется выше плоскости расположения прибора. Ограничения накладывает люстра. Излучение распространяется без изменений раствором плафона. В прочих направлениях приближенно равномерно излучается остаточная часть угла рассеяния (с этикетки) с учетом ослабления стекла.

Схематическое изображение угла рассеивания

Схематическое изображение угла рассеивания

Помимо сказанного световой поток служит для оценки отражающих свойств. Черные буквы хорошо заметны на светлой бумаге. Световой поток, отраженный объектами белого цвета, больше. Поэтому в светлые тона окрашиваются корпусы холодильников.

Световой поток в нынешнем толковании характеризует полную мощность, излучаемую источником оптического диапазона. Разбивается по поверхностям помещения неравномерно. В стандартах различных требованиях, нормах указывается освещенность объекта. Величина измеряется люксами (лат. произношение слова «свет»), численно равно отношению светового потока в люменах к площади, на которую падает. Само толкование не вызывает сложности, применение на практике сопровождается рядом проблем.

При расчетах световой поток в люменах неудобно применять совместно с углом рассеивания. Отсеченная от сферы площадь нелинейно зависит от градусов. Хорошо сочетается со стерадианами. Для конкретных расчетов лучше применять формулу связи, приведенную рисунком. Позволит перевести градусы в стерадианы.

На рисунке в точке I центр сферы. Охваченный телесный угол отсекает часть поверхности, результирующая фигура напоминает конус. Для нахождения освещенности проводится параллель между стерадианами и градусами по указанной формуле. Первая единица позволит простым способом вычислить мощность (световой поток) из пропорции, вторая – измерить в помещении взаимное расположение объектов.

Формула и график освещённости

Формула, график освещенности

Допустим, лампочка располагается над столом площадью 0,5 квадратного метра. Расстояние до плоскости составляет 2 метра.

Находим общую площадь шара, величина равна 4 х Пи х 2 х 2 =  16 Пи кв. м. Цифра через стерадианы выражается 4 х Пи. Лампа освещает 3 х Пи стерадиан (см. выше), что выражается квадратными метрами, как 12 Пи. Делим площадь на габариты столешницы, получаем 24 Пи. Следовательно, на область приходится освещенность порядка 75 лк.

Как определить параметры для выбора экономичного и в то же самое время экологичного источника света? На решение могут повлиять очень многие факторы, как то: планировочное решение, архитектурное, строительные параметры, воздушная среда и её состояние, экономические соображения и, конечно, дизайн. Конструктор, проектирующий освещение, всегда идёт на компромисс, учитывая многие параметры при расчётах.

Например, лампы накаливания не слишком экономичны, у них не очень высокая светоотдача, спектр излучения искажённый, при работе они очень сильно нагреваются и быстро выходят из строя. Однако себестоимость их весьма низкая, в эксплуатации они проще всех, а потому для помещений, где пребывание людей временно, бытовых и тому подобных, лампы накаливания вполне можно рекомендовать.

Какова может быть максимально возможная светоотдача в идеальных условиях? В теории она достигает 683 Люмен/ватт.

Оптический проектор

Оптический проектор

Освещенность и требования стандартов

Там, где в дневное время недостаточно солнечного света, а также в вечерние и ночные часы, пользуются искусственными источниками. На предприятиях каждое рабочее место проходит аттестацию на соответствие допустимым санитарным нормам. В эти нормы укладывают и уровень освещённости. Неправильное освещение или его недостаток влияет на здоровье работников.

Основным нормативным документом, регламентирующим стандарты этого параметра, выступает СНИП 23-05-95 – это нормы, принятые к исполнению в 1995 году. Откорректированный его вариант в виде СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 г. действует и поныне.

В перечне отражены границы степени освещённости для помещений:

  • производственных и складских;
  • рабочих площадок вне зданий;
  • жилых и общественных помещений;
  • уличного освещения населённых пунктов;
  • архитектурных подсветок;
  • витринной и рекламной иллюминации;
  • специального освещения.
Освещённость

Освещённость

Равномерность освещения

Коэффициент использования светового потока является методом, позволяющим рассчитать равномерность освещения всех поверхностей по горизонтали, независимо от типа светильников. Суть его в том, что коэффициент вычисляется для каждого помещения, учитывая его основные параметры и свойства светоотражения отделочных материалов.

Объём помещения всегда имеет какие-то ограждающие поверхности, которые будут отражать световой поток, идущий от источников. Это стены, потолок, пол, мебель или оборудование, находящееся в помещении. Все поверхности имеют разные коэффициенты отражения, с более высоким значением или менее. Вычислить количество осветительных приборов, не учитывая отражённых потоков, возможно только с большими погрешностями.

Ограничения, накладываемые на расчеты освещенности

Указанные расчеты проводились в сильно упрощенной форме. Был взят случай полной темноты. В течение большей части рабочего дня в окно светит солнце, следовательно, часть освещенности обеспечивается естественным источником. Логично иллюминацию разбить несколькими частями, каждая предназначена для своего времени.

На практике параметр освещенности измеряют люксметром. Известно: инженерный расчет содержит погрешность. В любой отрасли величина известна. В радиотехнике достигает 30%. Расчеты освещения выполняются приблизительно, удовлетворить требования существующих норм нужно точно. Поэтому результат должен проверяться.

Приведенный этикеткой световой поток не является постоянным по площади сферы. Не всегда на практике встречается упрощенный случай, когда лампа находится над объектом. Следует брать проекции исследуемой поверхности на шар, работать в выбранном ключе.

При первичных расчётах учитываются следующие значения:

  • световой поток источников в светильнике;
  • нормируемая освещённость;
  • коэффициент запаса, зависящий от загрязнённости объекта и типа ламп;
  • поправочный коэффициент – отношение средней освещённости к освещённости нормируемой;
  • количество ламп;
  • коэффициент использования светового потока;
  • S помещения.

Теоретические расчёты содержат погрешность до 30%, значит, необходимы дополнительные измерения люксметром. При этом необходимо учитывать время суток и длительность пребывания человека в расчётном месте. Учитывается и конструктивное исполнение осветительного устройства: плафоны, крышки, стёкла. Защитные покрытия вносят искажения в характеристики ламп.

Расчётная часть

1. Выбор системы освещения.

2. Обоснование нормированности в освещении данного объекта.

3. Выбор самого экономичного источника света.

4. Выбор рационального типа светильника.

5. Оценка коэффициента запаса освещённости и коэффициента неравномерности его.

6. Оценка коэффициента отражения поверхностей в помещении.

7. Расчёт индекса помещения.

8. Определение коэффициента в использовании светового потока.

9. Расчёт количества светильников, которые обеспечат требуемую освещённость объекта.

10. Выполнение эскиза по расположению светильников с использованием плана помещения (указать размеры).

Нормы освещения помещений по использованию (СНиП)

LED-лампы обладают рядом достоинств:

  • отсутствие ультрафиолетовой части спектра;
  • пульсация некоторых моделей менее 1%;
  • экономичность;
  • низкая теплоотдача;
  • срок службы 100 000 ч.;
  • минимальные размеры;
  • мгновенное включение в полноценный режим.

К недостаткам можно отнести следующие пункты:

  • стоимость;
  • спектр излучения требует тщательного подбора;
  • деградация кристалла;
  • нейтральный и холодный оттенки в некоторых случаях влияют на регуляцию сна.

Параметры дешёвых китайских изделий нарушают все допустимые нормы качества освещения. При выборе ЛЭД-ламп следует тщательно изучить характеристики и приобретать изделия проверенных производителей.

Светодиодные лампы

Светодиодные лампы

Подробные нормы для различных зданий и объектов можно посмотреть в СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 года. Для комфортного и безопасного освещения желательно знать, какие параметры должны иметь бытовые помещения. Некоторые из них отражены в таблице.

Таблица параметров

Таблица параметров

Грамотно подобранное искусственное освещение по своему спектру приближается к дневному солнечному свету. Знание физических характеристик светового потока позволяет правильно выбрать и разместить источники этого вида излучения для обеспечения комфортной среды обитания.

Система освещения

Особенно сложно рассчитать рабочее освещение, поскольку оно чаще всего бывает комбинированным. Например, в производственных цехах одно только местное освещение запрещено законом. Выбирают систему освещения по наименьшему размеру объекта различения, то есть гарантируя точность всех зрительных работ, которые будут в помещении выполняться.

Здесь действуют нормы: работы от первого до шестого разрядов выполняются только при системе комбинированного освещения. Это цеха механические, инструментальные, сборочные и тому подобные. Только на производствах типа гальванических или литейных может быть применена система общего освещения. Поэтому выбирают систему и нормы освещённости одновременно.

Нормированная освещённость

Искусственное освещение по количественным и качественным показателям определяется в строгом соответствии с установленными и постоянно действующими нормами для данного производства и вида работ.

Количественная характеристика освещённости принимается по наименьшей для каждой рабочей поверхности в зависимости от разряда зрительных работ, контраста и фона объекта в данной системе освещения. Разряд же определяют по размеру предмета (детали), его части или минимального дефекта на нём, которые работающему придётся обнаруживать и различать в своей деятельности. Качественные показатели освещения — это показатель ослепления и коэффициент пульсации.

Загрузка ...
Adblock detector